الخضوع لوزن من الجسم هو الخضوع لالجاذبية فريد من نوعه ، يتم إنتاجه في الثانية جسم ضخم، مثل الأرض أو القمر أو شمس، على سبيل المثال. وفقا ل قانون الجاذبية الكونية، جسمان يحتويان على كتلة يجذبان بعضهما البعض بقوة تتناسب عكسياً مع مربع المسافة التي تفصل بينهما.
إن وزن القوة أو قوة الجاذبية أو الوزن ببساطة هي نفس الشيء في الأساس ، ولكن من الشائع جدًا أن نخلط بين مفاهيم الوزن والكتلة ، والتي تختلف. في حين الوزن عبارة عن قوة ، تُقاس بالنيوتن (N) ، وكتلة الجسم هي كمية المادة التي يحتوي عليها ، وتُقاس بالكيلوجرام (كجم).
الوصول أيضًا إلى: الوزن x الكتلة
ما هو الوزن في الفيزياء؟
وزن هو الخضوع ل الذي ينشأ من جاذبيةالجاذبية بين جسمين يتألفان من كتلة ، بمعرفة ذلك ، يمكننا حسابه من خلال عمليه الضرب بين ال معكرونة إحدى هذه الأجسام ، تقاس بالكيلوجرام ، وتسارع الجاذبية الموقع ، م / ث². بينما تبقى كتلتنا ثابت عندما نتحرك بين نقطتين بدرجات شدة مختلفة ، لناوزنالتغييرات.
لكل مثال: جسم على الأرض بوزن 10 كجم ، حيث تبلغ جاذبيته 9.8 م / ث 2 تقريبًا ، سيكون وزنه 98 نيوتن ، بينما على القمر ، حيث تبلغ الجاذبية 1.6 م / ث 2 ، فإن وزن هذا الجسم سيكون 16 نيوتن فقط.
نظرةأيضا:افهم لماذا لا نشعر بأن الأرض تدور
صيغة قوة الوزن
الصيغة المستخدمة لحساب قوة الوزن هي كالتالي ، تحقق منها:
ص - الوزن (N)
م - الكتلة (كلغ)
ز - الجاذبية المحلية (م / ث²)
ا وزن، لأنه هو الخضوع ل, é المتجه. تشير هذه القوة دائمًا إلى مركز الأرض وهي مسؤولة عن إبقائنا عالقين على سطحها. وبالمثل ، تجذب الشمس الأرض نحو مركزها ، أي أن هذا النجم يمارس قوة ثقيلة على كوكبنا.
ال لماذا لا تسقط الارض نحو الشمس هي السرعة الكبيرة التي يدور بها كوكبنا حول النجم. علاوة على ذلك ، لأنها قوة تشير دائمًا إلى مركز مسار الأرض حول الشمس ، القوة تأثير الجاذبية الذي يحدثه على ذلك غير قادر على التأثير على معامل السرعة الانتقالية ، فقط تأثيره اشارة.
الوزن وقانون نيوتن الثالث
وفقا ل قانون نيوتن الثالثعندما نبذل قوة ضد جسم نسترد منه نفس القوة ، بنفس الشدة والاتجاه ، ولكن بالاتجاه المعاكس. عند تطبيقه في سياق الوزن ، يشير هذا القانون إلى أن القوة التي تضعها الأرض علينا لأسفل يتم تطبيقها على الأرض لأعلى ، وهذا صحيح. إذا كانت الأرض قادرة على سحبنا نحو مركزها ، فإننا نطبق عليها أيضًا قوة بنفس الشدة ، ولكن في الاتجاه المعاكس.
سبب سقوطنا نحو الأرض ، وليس العكس ، هو التعطيل: كتلة الأرض أكبر بكثير من كتلتنا ، لذا فهي الميل إلى البقاء في حالة راحة أكبر بكثير، بحيث أن التسارع الذي اكتسبته ، بفضل قوة الوزن التي نبذلها ، لا يكاد يذكر ، يكاد يكون معدومًا.
اقرأأيضا:ماذا سيحدث إذا توقفت الأرض عن الدوران؟
الوزن الطبيعي والقوة
قوى طبيعية غالبًا ما يتم الخلط بين القوة والوزن كزوج عمل ورد فعل. ومع ذلك ، فإن هذه القوى تعمل على نفس الجسم ، وبالتالي تنتهك الشرط الذي وضعه الثالثقانونفينيوتن. في الواقع ، القوة الطبيعية هي أ قوة رد فعل الضغط وهو مصنوع على بعض الأسطح ، وليس بقوة الوزن.
قوة وزن العمل
العمل الذي تؤديه القوة يقيس كمية الطاقة التي تم نقلها بين جسمين أو أكثر. الصيغة المستخدمة لحساب قوة الوزن هي كما يلي ، تحقق منها:
τ - عمل (J - جول)
ص - الوزن (N - نيوتن)
د - الإزاحة (م - متر)
θ - الزاوية بين القوة والوزن
توضح لنا الصيغة أن مقدار الشغل الذي تقوم به قوة الوزن يعتمد على شدة تلك القوة مضروبة في الإزاحة ، ولكن أيضًا على الزاوية θ, تشكلت بين الإزاحة وقوة الوزن. دعنا نتحقق من بعض الحالات الخاصة:
عندما تكون الزاوية θ تساوي 0º: إذا شكلت قوة الوزن والإزاحة زاوية مقدارها 0 درجة ، فإن قوة الوزن ستكون موجبة ، أي الشغل من قوة الوزن ستنتج زيادة في الطاقة الحركية ، كما هو الحال عندما يسقط جسم نحو مركز أرض.
عندما تكون الزاوية θ تساوي 180 درجة: في هذه الحالة ، تكون قوة الوزن والإزاحة متعاكستين ، كما هو الحال عندما نرمي جسمًا لأعلى هنا على الأرض: عندما نفعل ذلك ، يفقد الجسم الطاقة الحركية ، لأن الشغل سالب ، لأن جيب التمام 180 درجة مكافئ إلى 1.
عندما تكون الزاوية θ تساوي 90 درجة: نظرًا لأن جيب التمام 90 درجة يساوي 0 ، فلن تعمل قوة الوزن في اتجاهات متعامدة معها ، مثل المشي أفقيًا. في هذه الحالة ، لن ينتج عن وزن الجسم أي تغيير في طاقته الحركية.
نرى أيضا: تحقق من أهم ما في قوانين نيوتن الثلاثة
وزن القوة والجاذبية
ال الجاذبيةعالمي هو واحد من قوانين نيوتن، ينص هذا القانون على أن جميع الأجسام الممنوحة كتلة تجذب بعضها البعض في أزواج ، بنفس القوة. علاوة على ذلك ، يشير هذا القانون إلى أن القوة الجاذبة بين الأجسام هي متناسبالىمنتجفيلكالباستا و عكسيامتناسبتربيع المسافة بينهما. تحقق من معادلة الجاذبية العامة:
Fجي - قوة الجاذبية (N)
جي - ثابت الجاذبية العام (6.674.10-11 N.m² / كجم²)
م و م - كتل الجسم (كجم)
ص - المسافة بين الجثث (م)
الصيغة الأولى الموضحة على اليسار هي ما نسميه قانون الجاذبية الكونية، في ذلك ، من الممكن أن نرى أنه بالإضافة إلى الكتلة m ، هناك مصطلح GM / r² ، يستخدم هذا المصطلح لحساب التسريعيعطيالجاذبية التي ينتجها جسم كتلته M ، عند نقطة على مسافة r من مركز كتلته. أيضًا ، الحرف G هو ثابت تناسب ينطبق على جميع الأجسام.
من خلال الصيغة على اليمين الموضحة في الشكل السابق ، من الممكن حساب جاذبية الأرض على سطحه. لهذا ، سوف نستفيد من كتلة الأرض (M = 5.972.1024 كجم) ، نصف القطر الاستوائي للأرض (ص = 6.371.106 م) وثابت الجاذبية (G = 6.674.10-11 N.m² / kg²) ، وبالتالي سنتمكن من تقدير جاذبية الأرض على سطحها:
تظهر النتيجة ذلك نظرية إسحاق نيوتن في الجاذبية الكونية قادرة على التنبؤ بحجم الجاذبية الأرضية ، ونتائجها متوافقة مع تلك التي تم قياسها بأدق الأجهزة.
نرى أيضا:لماذا لا يسقط القمر على الأرض؟
تمارين تقوية الوزن
السؤال رقم 1) فيما يتعلق بمفاهيم الوزن والكتلة ، تحقق من البديل غير الصحيح:
أ) يتم حساب الوزن من خلال ضرب كتلة الجسم في تسارع الجاذبية المحلية.
ب) الوزن والكتلة كميات فيزيائية مختلفة.
ج) قوة الوزن تشير إلى أسفل.
د) الوزن عبارة عن كمية متجهة تقاس بالنيوتن.
هـ) الكتلة هي كمية قياسية تقاس بالكيلوجرام.
قالب: الحرف ج
القرار:
البيان غير الصحيح الوحيد هو الحرف C ، حيث يشير إلى أن الوزن يشير إلى أسفل ، وهذا خطأ. نظرًا لأن قوة الوزن عبارة عن كمية متجهة ، فإن تعريفها يعتمد على إطار مرجعي. بالنسبة لنا ، على سبيل المثال ، فإن وزن الشخص الموجود على الجانب الآخر من الكرة الأرضية يتجه إلى الأعلى. سيكون من الصحيح القول إن الوزن يشير دائمًا إلى مركز الأرض.
السؤال 2) على القمر ، حيث تساوي الجاذبية 1.6 متر / ثانية² ، يكون وزن الشخص 80 نيوتن. على الأرض ، حيث تبلغ الجاذبية 9.8 م / ث² ، فإن كتلة هذا الشخص بالكيلوجرام ، ستكون مساوية لـ
أ) 490.0 كجم
ب) 50.0 كجم
ج) 8.2 كجم
د) 784.0 كجم
ه) 128 كجم
قالب: حرف الباء
القرار:
أولاً ، يجب أن نحسب كتلة الشخص بناءً على وزنه وجاذبيته على القمر ، تحقق من:
من الحسابات أعلاه ، نجد أن كتلة هذا الجسم تساوي 50 كجم ، ومع ذلك ، فإننا نطلب كتلة الجسم على الأرض ، والتي يجب أن تكون مساوية لكتلته في أي مكان آخر. وبالتالي ، فإن البديل الصحيح هو الحرف B.
السؤال 3) جسم وزنه 2231 نيوتن على سطح كوكب المشتري ، حيث تبلغ جاذبيته 24.79 م / ث². ماذا يجب أن يكون وزن هذا الجسم على المريخ ، حيث الجاذبية 3.7 م / ث²؟
أ) 333 شمالاً
ب) 90 شمالاً
ج) 900 شمال
د) 370 شمالاً
هـ) 221 ن
قالب: الحرف ا
القرار:
بناءً على كتلة ووزن الجسم على كوكب المشتري ، يمكننا حساب كتلته على المريخ ، انظر:
بعد أن اكتشفنا كتلة الجسم (90 كجم) ، نطبق معادلة الوزن مرة أخرى ، وهذه المرة باستخدام جاذبية المريخ (3.7 م / ث²). وهكذا نجد أن وزن هذا الجسم على المريخ يجب أن يكون 333 نيوتن.
بي. رافائيل هيلربروك
